The laminar boundary layer on a blunted wedge

Zusammenfassung Es wird die Grenzschicht an einem abgestumpften Keil mit Hilfe der Görtlerschen Reihe berechnet. Man findet, von der Staupunkt-Grenzschicht ausgehend, eine asymptotische Annäherung an die Grenzschichten von Falkner und Skan; die asymptotische Lösung wird mit Hilfe der Reihe sehr befriedigend dargestellt, besonders nach Anwendung von verschiedenen Methoden zur Verbesserung der Konvergenz. Zudem wird die Annäherung an die Lösung im Unendlichen analytisch untersucht, wobei sogenannte asymptotische Eigenfunktionen auftreten.Die rechnerisch ausgewertete Lösung für einen Keil mit rechteckigem Öffnungswinkel kann als Vergleichsfall zur Beurteilung von numerischen Methoden benützt werden.

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To ProfessorHenry Görtler on his sixtieth birthday

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The research carried out at UCSD was supported by the Advanced Research Projects Agency (Project DEFENDER) under Contract No. DA-31-124-ARO-D-257, monitored by the U.S. Army Research Office-Durham.

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The research carried out at Stanford was supported by the Air Force Office of Scientific Research under Contract No. AF49(638)-1274.     

The response of a thin elastic rod to combined thermal and mechanical impulse

Zusammenfassung Es wird das Charakteristikenverfahren benützt, um zwei Probleme zu untersuchen, welche mit dem kombinierten Einfluss eines thermischen und mechanischen Stosses auf die Fortpflanzung einer elastischen Längswellenfront im eindimensionalen Körper zusammenhängen. Im ersten Fall werden die beiden Stösse gleichzeitig am freien Ende appliziert, und es werden die Änderungen in der Fortpflanzungsgeschwindigkeit studiert, welche auf das durch Diffusion erzeugte ungleichförmige Temperaturfeld zurückzuführen sind. Es wird gezeigt, dass die Vorläuferfront durch den modulierenden Effekt des Diffusionsprozesses in ihrer Intensität herabgesetzt wird. Das zweite Problem betrifft einen mechanischen Stoss, der einige Zeit nach Entstehen eines ungleichförmigen Temperaturfeldes infolge Wärmeflusses appliziert wird. Es werden Ausdrücke hergeleitet für die Modulation der Verzerrungen und Geschwindigkeiten an der Wellenfront, während die elastische Welle in ein festeres Medium hineinläuft.

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Presented at the Canadian Congress of Applied Mechanics, Laval University, May 22–26, 1967.     

Dynamic response of an infinite plate subjected to a steadily moving transverse force

Zusammenfassung Es wird das dynamische Verhalten einer dünnen unendlichen Platte studiert unter dem Einfluss einer fortschreitenden transversalen Kraft. Die Untersuchung geschieht mit Hilfe der Theorie der Platten, welche Schubdeformation und Trägheitsmomente berücksichtigt. Es wird angenommen, dass die Kraft sich mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt, die grösser als die beiden wellengeschwindigkeiten in der Platte ist. Indem man die Kraft als Delta-Funktion ansetzt, wird die Green'sche Funktion für das dynamische Verhalten der Platte unter dem Einfluss einer Klasse von fortschreitenden Kräften in der Form von bestimmten Integralen konstruiert. Die Green'sche Funktion ist regulär mit Ausnahme der Ränder der beiden «Mach» Sektoren, wo sie singulär wird. Die Green'sche Funktion ist ausserhalb des äusseren Sektors identisch Null. Die Singularitäten der Green'schen Funktion werden ebenfalls untersucht.

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A preliminary account of the results contained herein was presented at the 5h U.S. National Congress of Applied Mechanics held in Minneapolis, Minnesota, U.S.A., June 1966.     

Approximate solution of boundary layer problems with injection or suction

Zusammenfassung Der grundlegende linearisierte Ansatz zur Näherungslösung von Grenzschichtproblemen wird auf neue Anwendungen erweitert, um die Behandlung von Problemen mit Massenaustausch durch die Oberfläche zu ermöglichen und die Beschränkung auf die Prandtl-Zahl 1 zu mildern. Das klassische Problem der konstanten, d. h. nicht ähnlichen Geschwindigkeitsverteilung an der Oberfläche wird behandelt, und die Ergebnisse werden mit der exakten numerischen Lösung verglichen. Es ergibt sich eine ausgezeichnete Übereinstimmung. Sodann wird eine Lösung des schwierigen und praktisch wichtigen Problems einer Stufenfunktion für die Oberflächengeschwindigkeit gegeben. Die freie Konvektion über einer vertikalen Platte mit konstanter Temperatur und Oberflächengeschwindigkeit wird erstmalig gelöst. Schliesslich wird das der Schlitzeinspritzung entsprechende Anfangswertproblem unter Milderung der bisherigen AnnahmeP _r =1 behandelt.

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This work was supported by the National Science Foundation, Grant No. GK-310,     

Singular perturbation problems with nearly resonant operators

A simple convection-diffusion problem is used as an example for a class of singular perturbation problems for which application of standard singular perturbation procedures could lead to misleading results. The properties of the operator appearing in the problem are identified and a solution technique using eigenfunction concepts is presented.

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Zusammenfassung Ein einfaches Problem mit Konvektion und Diffusion wird als Beispiel für singuläre Störungsprobleme gegeben, für welche Standardmethoden zu falschen Resultaten führen können. Die Eigenschaften des Operators, der im Problem auftritt, werden untersucht und eine Lösungsmethode wird gegeben, die auf Eigenfuntionen beruht.

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Dedicated to Nicholas, with fond memories of my year at Cornell.     

Sloshing frequencies for a half-space with circular or strip-like aperture

Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit werden Näherungswerte (mit stengen Fehlerschranken) hergeleitet für die Eigenfrequenzen der Schlingerbewegungen einer einen Halbraum mit kreis- oder streifenförmiger Öffnung ausfüllenden idealen Flüssigkeit. Das mathematische Modell kann als Grenzfall des klassischen Modells für endliche Behälter betrachtet werden. Wegen der bekannten Gebietsmonotonie der Eigenwerte sind die Werte für den Halbraum universelle obere Schranken für die entsprechenden Eigenwerte beliebiger beschränkter oder unbeschränkter Behälter mit gleichartigen Öffnungen.Die Anlage der Arbeit ist wie folgt:Die Formulierung des mathematischen Modells erfolgt in § 2, wobei insbesondere auf die Randbedingung im Unendlichen eingegangen wird. In § 3 wird die Aufgabe auf die Eigenwert-aufgabe für einen gewissen selbstadjungierten, kompakten Operator in einem Hilbertraum zurückgeführt, wodurch der Weg zur Anwendung klassischer numerischer Verfahren der Eigenwertbestimmung (Ritz, Krylow-Bogoljubow, Temple) freigelegt wird. In § 4 werden geeignete Koordinatenfunktionen für das Ritzsche Verfahren eingeführt und die erforderlichen Skalarprodukte analytisch berechnet. Einige dabei auftretende Integrale mit Gegenbauerpolynomen sind im Anhang ausgewertet. Das Ritzsche Verfahren führt in der hier benützten Form auf die algebraische Aufgabe der Bestimmung der stationären Werte einer quadratischen Form unter einer linearen und einer quadratischen Nebenbedingung. Die numerische Lösung dieser Aufgabe wird in § 5 besprochen. Die sich daraus ergebenden, recht genauen Eigenwertschranken sind in § 6 tabelliert.

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Dedicated to Professor L. Collatz on his 60th birthday

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The contribution of P. Henrici to the preparation of this paper was supported, in part, by the Office of Naval Research under contract NONR 233 (76) at the University of California, Los Angeles.The research of B. A. Troesch was supported, in part, by the National Science Foundation under Grant GP-7522.L. Wuytack performed his share of the work while he was a Bundesstipendiat at the Eidgenössische Technische Hochschule.     

Magnetic diffusion and the scaling laws for solar wind simulation

Zusammenfassung Es werden Theorien über die Position und die Dicke der Grenze zwischen dem Magnetfeld der Erde und dem Sonnenwindplasma diskutiert. Die Eigenschaften eines im Laboratorium erzeugten Plasmas werden angegeben, welche diese Zusammenwirkung simulieren kann. Es wird ein Experiment beschrieben, welches die korrekten Modellgesetze erfüllt, und die Störung des Magnetfeldes im Modell wird gezeigt. Es wurde gefunden, dass die Eigenschaften des Grenzgebietes mit den theoretischen Voraussagen nicht übereinstimmen. Der Unterschied kann aber durch die Diffusion des Magnetfeldes in den Plasmastrom erklärt werden, wenn ein genauerer Ausdruck für die elektrische Leitfähigkeit benützt wird. Die Bedingungen für die exakte Modellähnlichkeit sind dann nicht mehr erfüllt. Es wird vorgeschlagen, dass eine höhere Elektrontemperatur benötigt wird, um die elektrische Leitfähigkeit genügend zu crhöhen.     

Constitutive theory for a mixture of an isotropic elastic solid and a non-Newtonian fluid

Zusammenfassung Greens undNaghdis Formulierung der Theorie von in Wechselwirkung stehenden Kontinua benützend, leiten wir in dieser Abhandlung eine allgemeine (d.h. nichtlineare) Theorie ab, welche das thermomechanische Verhalten eines isotropischen elastischen Körpers, der von einer nicht-Newtonschen zähen Flüssigkeit durchdrungen ist, beschreibt. Konstitutive Gleichungen für Mixturen dieser Art werden zuerst postuliert und dann zu einer expliziten Form reduziert mit Hilfe von auf Tensor-Invarianten gewonnenen Resultaten. Dann untersuchen wir eine Klasse von Kräftereihe-Lösungen von Feldgleichungen und benützen ein iteratives Verfahren zur Lösung dieser Gleichungen, von denen jedes Stadium die Lösung von Lineargleichungen zur Voraussetzung hat. Das erste Stadium stellt eine linearisierte Theorie dar, für welche thermodynamische Reduktionen von der Ungleichheit bei der Wärmegewichtserzeugung abgeleitet werden. Schliesslich geben wir kurze Hinweise auf die dissipativen Mechanismen, welche die Erzeugung von Wellen mit kleiner Amplitude in der von uns behandelten Klasse von Mixturen affiziert.     

Circle and sphere theorems for the biharmonic equation (interior and exterior problems)

Zusammenfassung In dieser Arbeit werden Kreis- und Kugelsätze hergeleitet, von denen der erste im Zusammenhang mit den Verschiebungsfeldern einer eingespannten Platte unter reiner Biegung interessiert. Mit Hilfe des biharmonischen Feldes im unbeschränkten Bereich werden Lösungen angegeben, wobei das Endergebnis für den beschränkten Bereich innerhalb des Kreises bzw. der Kugel die gleichen Singularitäten aufweist wie dasjenige für den unbeschränkten Bereich.     

The injection from a half plane in the Oseen approximation

Zusammenfassung Die Strömung einer zähen Flüssigkeit längs einer ebenen Platte mit Ausblasen wird im Rahmen der Oseenschen Theorie behandelt. Die Lösung, welche mittels des Verfahrens von Wiener-Hopf erhalten wurde, zeigt, dass unter Umständen eine negative Schubspannung bei der Vorderkante erscheinen kann.     

Servo-stabilization of low-frequency oscillations in liquid propellant rocket motors

Zusammenfassung Die Theorie der kleinen Frequenz-Instabilität von Raketenmotoren mit flüssigen Treibmitteln wird überarbeitet, wobei im besonderen die Methode der Satche-Diagramme erörtert wird, welche durchH. S. Tsien für Stabilitätsrechnungen linearer Systeme mit zeitlicher Verzögerung eingeführt worden sind. Das Prinzip der Stabilisierung durch Benutzung einer Gegenkopplungsschleife wird besprochen, und es wird gezeigt, dass schon eine sehr einfache Lösung des Gegenkopplungskreises die Stabilität von flüssigen Einzel- und Doppeltreibmitteln in Raketenmotoren versichern kann, unabhängig von der Grösse der Zeitverzögerung. Auf Grund des beschriebenen speziellen analytischen Beispiels wird gefolgert, dass solche Stabilisierungsmassnahmen für eine viel grössere Klasse von Instabilitäten in Raketenmotoren als die betrachtete empirisch verwirklicht werden können.     

Discrete approximations to elliptic differential equations

Zusammenfassung Der Fehler, welcher entsteht, wenn man das erste Randwertproblem für lineare elliptische Differentialgleichungen zweiter Ordnung mit endlichen Differenzenmethoden löst, wird mittels einer Methode abgeschätzt, die so allgemein ist, dass sie fast alle in der Praxis auftretenden Netze und Interpolationstechniken an gekrümmten Rändern umfasst. Diese Abschätzung wird dann benützt, um die vonL. F. Richardson empfohlene Methode zur Verbesserung der Näherungslösung durch Extrapolation mathematisch zu analysieren.

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The preparation of this paper was sponsored (in part) by the Office of Naval Research, U.S.N.     

Strong evaporation into a half space. II. The three-dimensional BGK model

Evaporation of a liquid into a vacuum occupying a half space is investigated on the basis of the BGK equation for a three-dimensional gas linearized about a drifting Maxwellian distribution. The theory of singular integral equations is used and numerical results are given.

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Zusammenfassung Die Verdampfung einer Flüssigkeit im Vakuum, die den Halbraum füllt, wird untersucht mit Benützung der BGK-Gleichung für ein dreidimensionales Gas, linearisiert in bezug auf eine mitbewegte Maxwell-Verteilung. Es wird die Theorie der singulären Integralgleichungen benützt, und es werden numerische Resultate gegeben.

     

Singular and non-unique solutions of the boundary-layer equations for the flow due to free convection near a continuously moving vertical plate

In this paper it is shown, using a numerical technique, that the boundary-layer equations for the flow near a continuously moving vertical plate with free convection are not unique. Further it is observed that when the buoyancy forces dominate the viscous forces there are no solutions. However, when the buoyancy forces oppose the motion of the plate, it is found that the numerical solution terminates in a singular manner which is of a different nature to any previously published results which have been obtained by solving non-linear ordinary differential equations where singular and dual solutions exist.

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Zusammenfassung In diesem Artikel wird mittels eines numerischen Verfahrens gezeigt, daß die Grenzschichtgleichungen für die Strömung in der Nähe einer kontinuierlich bewegten vertikalen Platte mit freier Konvektion nicht eindeutig sind.Weiter wird beobachtet, daß es keine Lösungen gibt, wenn die Auftriebskräfte über die Zähigkeitskräfte dominieren.Wenn jedoch die Auftriebskräfte der Plattenbewegung entgegentreten, wird herausgefunden, daß die numerische Lösung zu einer singulären Lösung wird, welche sich vor allen bisher veröffentlichten Resultaten unterscheidet, die durch Lösung der gewöhnlichen nichtlinearen Differentialgleichungen gefunden worden sind, bei denen singuläre und zweifache Lösungen existieren.

     

Discrete methods for boundary value problems with applications in plate deflection theory

In this report we survey numerical techniques of order 2, 4 and 6 for the solution of a two-point boundary value problem associated with a fourth-order linear ordinary differential equation. A sufficient condition guaranteeing a unique solution of the boundary value problem is also given. Numerical results are tabulated for two typical numerical examples and compared with some known methods including the shooting technique employing the classical fourth-order Runge-Kutta method.

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Zusammenfassung In dieser Arbeit werden numerische Methoden der Ordnung 2, 4 und 6 untersucht zur Lösung eines Zwei-Punkt Randwertproblemes für eine gewöhnliche lineare Differentialgleichung vierter Ordnung. Es wird eine hinreichende Bedingung gegeben die die eindeutige Lösung der Randwertaufgaben gewährleistet. Tabellen der numerischen Resultate werden für zwei typische Beispiele angegeben und mit gewissen bekannten Methoden verglichen, einschliesslich der Einschiess-Technik die die klassische Runge-Kutta Methode vierter Ordnung benützt.

     

Lösung von gewöhnlichen Differentialgleichungen mit nichtlinearen Splines

Zusammenfassung In dieser Arbeit werden nichtlineare Splines zur Lösung von Anfangswertaufgaben bei gewöhnlichen Differentialgleichungen herangezogen. In der Nähe von Singularitäten besitzen z.B. verallgemeinerte rationale Splines mit variablen Exponenten gute Approximationseigenschaften. Bei Polynomsplines können Konvergenzaussagen hergeleitet werden, indem Äquivalenz dieser Verfahren mit gewissen linearen Mehrschrittverfahren gezeigt wird. In dieser Arbeit behandeln wir den nichtlinearen Fall, indem wir die lokalen Fehler in den Knoten direkt verfolgen. Einige numerische Beispiele zeigen die Güte dieser Verfahren insbesondere bei solchen Lösungen, die sehr steil anwachsen oder sogar im betrachteten Intervall singulär werden.

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Solution of ordinary differential equations with nonlinear splines

Summary We consider the technique of using nonlinear splines to solve the initial value problem of ordinary differential equations. It is known, for example, that generalized rational splines with variable exponents yield good approximations to the exact solution in the neighborhood of a singularity. In the case of polynomial splines, convergence results may be derived by demonstrating the equivalence of the method to linear multistep methods. This sort of analysis has been done by many authors. In this paper we treat the nonlinear case and are able to prove convergence by directly estimating the local errors at interior knots. Some computational examples are given which illustrate the power of the method near a singularity.

     

A quasi-iterative method for computing interface temperature distributions

Zusammenfassung Es wird ein einfaches Modell für gleitenden Kontakt vorgeschlagen, zur Ermittlung der Verteilung des Verschleisses, die ihrerseits mit der Verteilung der Temperatur längs der Gleitfläche zusammenhängt. Dabei wird eine relativ einfache Methode entwickelt für die Berechnung der Verteilung der Gleitflächentemperatur. Die Methode ist im wesentlichen iterativ; im besondern verringert die hier entwickelte quasi-iterative Methode die Anzahl der Quasi-Iterationen beträchtlich—in den meisten Fällen auf nicht mehr als eine. Dieses Verhalten wird an einem Beispiel erläutert. Obwohl die dargestellte Methode iterativ ist, erfordert sie weniger Rechenarbeit, als für die numerische Lösung des Problems bei vorgeschriebener Genauigkeit notwendig wäre.Es wird auch gezeigt, dass das Modell als Analogon für die Inversion einer Klasse von singulären Integralgleichungen erster Art dienen kann.

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The research was supported by the United States Air Force Office of Scientific Research, Air Research and Development Command, under Contract No. AF 49(638)-67.     

Symmetric Oseen flow past a semi-infinite plate and two force singularities

Zusammenfassung Für die zweidimensionale, stationäre Oseen-Strömung längs einer halb-unendlichen ebenen Platte und zweier zur Platte spiegelbildlich angeordneten Geraden von konzentrierten Kraft-Singularitäten wird eine analytische Lösung angegeben. Dieses Ergebnis wird zur vereinfachten Untersuchung der Strömung längs einer halb-unendlichen ebenen Platte und eines symmetrischen Hindernisses benützt. Es wird auch gezeigt, dass die bekannten Lösungen von gewissen Oseen-Strömungsproblemen sich als Spezialfälle aus der neuen Lösungsformel ergeben.     

Heat-transfer near the stagnation point of a body of revolution in the presence of a magnetic field

Zusammenfassung Die affine Lösung vonNeuringer undMcIlroy [1] für die ebene, laminare Staupunktströmung einer elektrisch leitenden Flüssigkeit in einem magnetichen Feld wird auf den rotationssymmetrischen Fall erweitert. Die gemäss dem Jouleschen Gesetz umgesetzte Wärme sowie die Wärmezufuhr durch Reibung werden dabei ohne Vernachlässigung berücksichtigt.Die Randbedingungen werden neu formuliert, und Lösungen werden erhalten in der Gestalt von gewöhnlichen Differentialgleichungen, die numerisch integriert werden.Die Grössenordnung der auftretenden Parameter wird abgeschätzt in Fällen, welche physikalisches Interesse haben. In den meisten Fällen ist es möglich, eine Grenzschicht-Annäherung einzuführen. Die Resultate hängen dann im wesentlichen nur von einem einzigen Parameter ab. Die Geschwindigkeitsverteilung, das magnetische Feld und der Wärmeübergang an der Körperoberfläche werden berechnet.     

Punktweise Abschätzungen zur Ermittlung des Einflusses von Störtermen bei Verzweigungsproblemen

Zusammenfassung Am Beispiel einer nichtlinearen Randwertaufgabe vierter Ordnung wird mit Hilfe von Einschließungsaussagen gezeigt, welchen Einfluß Störterme, die sich beispielsweise aus Materialunvollkommenheiten ergeben, auf die Lösung ausüben. Im allgemeinen sind diese Terme nicht exakt bekannt. Deshalb wurden bei solchen Problemen bisher für die Störterme plausible Ansätze verwendet. Hier werden wir statt dessen mit Hilfe von Einschließungsaussagen aus einer punktweisen Abschätzung der Störterme eine punktweise Abschätzung der Lösung gewinnen.

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Summary In this article we discuss the buckling imperfection sensitivity of a column resting on a nonlinear elastic foundation. Usula methods require a special knowledge about the form of the imperfection. Here we use Range-Domain Implication to provide a pointwise bound for the solutions of the corresponding boundary problem if a pointwise bound for the imperfection may be assumed.

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Die Drucklegung dieses Berichtes wurde durch Mittel des Vereins der Freunde und Förderer der Universität zu Köln unterstützt.